1. 수막 보온의 원리물 1ℓ의 온도를 1 o C 올리는데는 1kcal의 열량이 필요하고, 반대로 1 oC가 식을 때는 1kcal의 열량을 방출하게 되는데 지하수를 이용한 수막 보온은 이 원리를 이용한 것이다. 예를 들어 수온이 17 o C인 물을 10a(300평)당 1분에 200ℓ씩 하루 저녁 14시간을 살수 한다면 16만8천ℓ(2백ℓ×60분×14시간)의 물이 필요하게 되는데, 수막 보온후 9oC가 식어 퇴수의 수온이 8oC라고 하면 이때 방출되는 열량은 1백51만2천kcal(16만8천ℓ×9kcal)이다. 이를 경유를 이용한 온풍난방방식과 비교해 보면, 경유 1ℓ의 평균 발열량 8천7백kcal×0.7 (온풍난방시 평균 열 이용 효율)=6천90kcal로 1백51만2천kcal÷6천90kcal=2백48.3ℓ, 즉 경유 약 2백50ℓ를 온풍난방기를 이용하여 연소시킬때 발생하는 열량과 같은 량이다. <표 1> 각종 연료의 평균 발열량
* 무연탄은 1kg 기준
<사진1> 수막보온하우스의 설치모습 (A:살수용 배관, B:안쪽 하우스 C:바깥쪽 하우스 D:살수호스 E:퇴수용 배수로
2. 수막 보온의 효과가. 보온효과보온효과는 지하수의 물온도, 외기온, 단위 면적당 살수량 등에 따라 달라지는데, 일반적으로 수온이 높을수록, 외기온이 낮을수록, 단위 면적당 살수량이 증가할 수록 보온 효과가 높아진다(사진2). 수온별 보온효과는 수온이 10∼12 o C로 낮을 때는 보온효과가 7∼12 o C인 반면, 수온이 18∼20 o C로 높아지면 보온효과는 14∼15 o C로 높아진다. 살수량별 보온효과를 보면 살수량이 증가할 수록 높아져 1a(30평)당 1분에 19.5ℓ의 지하수를 살수할 때는 약 20만kcal의 열량이 방출되어 15.8 o C의 보온효과가 있고, 살수량이 54.5ℓ로 증가하면 내외 기온차가 20 o C로 약 32만kcal의 열을 방출하게 된다. 이 열량을 경유의 발열량으로 환산해 보면 경유 37.3가 연소될 때 발생하는 열량이다. 외기온의 차이에 따른 보온효과는 외기온이 낮을수록 보온효과가 커짐을 알 수 있다. 즉 외기온이 낮을수록 하우스 안과 밖의 온도차가 크고 외기온이 높을수록 온도차가 적게 나타난다.
<사진2> 수막하우스의 보온효과 나. 증수효과수막 보온 하우스는 무가온 하우스(3중터널:EVA+토이론+보온담요) 재배에 비하여 상치는 60% 증수되었고, 토마토는 기형과 발생이 적어 상품과율이 높을 뿐만 아니라 대과(大果) 비율도 높아 총수량이 6%정도 증가 되었다. <표 2> 상치의 생육 특성과 수량
<표 3> 토마토의 수량
다. 난방비 절감효과 지하수 이용 수막 보온법을 일반 가온재배에 도입, 병용하면 상당한 연료절약 효과를 기대할 수 있다. 보조 난방기의 최저 설정온도를 10oC로 한 경우 살수 유.무에 따른 연료 소비량을 보면, 지하수를 살수 하지 않은 하우스는 1일 유류 소비량이 1백59.7ℓ인 반면, 지하수를 10a당 1분에 2백64ℓ를 살수하면 유류 소비량이 38.4ℓ로 절약되어 난방비 절감 효과가 매우 큼을 알 수 있다. <표 4> 지하수 살수 유무와 연료소비량
라. 경영개선 효과 토마토 촉성재배를 예로 들면 3백평 가온(加溫)재배시 부산지방의 경우 연료비가 66만7천9백23원이 드는데, 지하수 이용 수막 보온하우스는 양수에 필요한 전기료 3만4천6백23원과 수막시설의 감가상각비와 이자 6만4천8백26원을 계산 하더라도 약 57만원 정도의 경영 개선 효과를 얻을 수 있다. <표 5> 토마토 촉성재배시 수막보온하우스의 투자효과 (원/1기작/10a, 김해지방)
* 최초설비비용 : 422,250원/10a, 자본이자 연 10%, 연료비(경유) 199원/ℓ
3. 수막하우스의 설치요령수막 시설에 사용되는 자재는 가능한 믿을 수 있는 제품을 사용하는 것이 좋다. 가격만 싸다고 조잡한 것을 구입하여 설치 하였다가 고장이나 문제가 발생하면 수리에 드는 비용도 문제려니와 잘못하면 작물에 냉해(冷害)나 동해(冬害)를 입히게 되므로 자재는 품질이 좋은 것을 사용하는 것이 여러모로 유리하다.
<사진3> 수막하우스의 설치(A: 외부하우스 골재, B: 내부하우스 골재, C:외부하우스 피복자재 가. 자재의 선택(1) 외부 골격 자재 : 외부골격 자재는 목재, 죽재(竹材), 철재(앵글. 파이프), 알루미늄(경합금) 등이 있는데, 지역이나 경제적 여건을 고려하여 선택하도록 한다. 최근에는 내구성이 길며 가격도 비교적 저렴한 펜타이트 파이프를 이용하는 것이 보통이다. 시설은 내부에 이중커튼 시설을 해야 하므로 중앙부의 높이가 최소한 1.9m이상은 되어야만 작업이 불편하지 않다. 파이프로 시설을 하면 가능한 아아치형 표준화 하우스 규격대로 시설을 하는 것이 여러가지 생력시설(省力施設)을 할 수 있어 편리하다(사진 3참조의 A). (2) 내부 골재 : 내부 골재는 바람과 눈, 비 등의 영향을 받지 않으므로 φ16∼19mm파이프를 이용하는 것이 경영상 유리하다(사진 3참조의 B). (3) 피복 자재 : 피복 자재는 가능한 보온성과 광투과성이 좋고 가격이 저렴한 것이 좋은데, 외피복 자재는 EVA나 PE필름을 흔히 사용하며, 내피복 자재는 투과성이 우수한 PVC 또는 EVA필름을 사용한다(사진 3참조의 C).
<사진4> 수막하우스의 설치(A: 외부하우스 골재, B:내부하우스골재,C:외부하우스피복자재) 나. 시설의 설치 요령(1) 지하 배관 : 송수관은 굵을 수록 유속(流速)의 저항이 적어지므로 50mm이상의 굵은 PVC파이프로 배관하되, 열손실과 혹한기의 동파를 막기 위해 스치로폴 덮개나 헌 비닐 또는 부직포 등으로 감아서 지하 50cm이하에 매설하는 것이 안전하다. 각 동별 지선은 30∼40mm 파이프를 사용하고 스리스밸브(sluice valve)를 설치하면 양수기로 부터 멀고, 가까움에 따라 물량을 조절할 수도 있고, 관수시에도 선택적으로 사용할 수 있어 편리하다. 또한 스리스밸브로 부터 천정의 살수호스까지는 PVC파이프 보다 연질(軟質)의 나선(螺旋)호스를 사용하는 것이 작업이나 관리상 편리하다(사진1의 A참고) (2) 이중커튼의 설치 : 외피복 필름(사진4의 A)과 이중커튼(사진4의 B)의 간격((사진4의 AB의 간격)은 약 30cm정도가 알맞은데, 이중 하우스의 설치는 φ16mm나 19mm 펜타이트 파이프를 2m정도의 간격으로 가능한 한 커튼에 흘러내린 물이 골고루 흘러 내리도록 일정하게 꽂는다. 이중커튼의 피복재(사진4의 B)는 투광량과 보온성이 비교적 우수한 EVA필름을 많이 사용하는데, 과채류 재배 농가에서는 무적필름, 즉 물방울이 생기지 않는 PVC필름을 선택하는 경향이다. (3) 살수호스의 설치 : 살수 호스는 시중에서 판매되고 있는 수막용 분수 호스(사진4의 D)를 사용하거나, φ15mm의 PVC파이프에 야노식 노즐, 또는 미니스프링클러를 설치 이용한다. 스리스밸브로 부터 올라온 나선호스와 살수호스의 연결은 PVC엘보(Elbow)를 사용하는데, 엘보의 양쪽에 약 10∼15cm의 파이프를 접착시켜 연결하고, 이에 나선호스와 살수호스를 끼워 연결한 뒤 살수호스를 하우스 골조의 최상부에 있는 용마루 도리 파이프(사진4의 C)에 16번 정도의 철선(사진4의 E)을 수평으로 늘여 1∼1.5m 간격으로 달아 매고 이 철선에 50cm 간격으로 살수 호스(사진4의 D)를 매되 살수 방향과 호스의 꾀임 여부를 확인한다. 이때 특히 주의하여야 할 것은 커튼의 경사각도와 평평함에 신경을 써 물이 정치되지 않고 고루 뿌려지도록 설치하는 것이 중요하다. (4) 물받이 필름과 배수로 설치 : 물받이 필름은 이중 커튼 위로 흘러내린 물을 받아서 하우스 밖으로 배수시키기 위한 것으로, 필름은 가능한 두꺼운것(0.07mm∼ 0.1mm정도)을 사용하는 것이 안전하다. 설치는 먼저 물받이 필름이 닿을 지면을 배수로 처럼 약간 파서 평평하게 잘 다듬은 다음 1백50cm폭의 필름을 내외하우스 사이에 펴서 하우스 양쪽 끝에 당겨맨 다음, 양쪽 단을 20cm정도 밖으로 접어 그 속에 16번 철사를 넣어 양쪽 높이가 같게 하여 치마조리개 스프링이나 철사로 고정한다. 이때 배수가 잘되게 하기 위해서는 물받이 필름을 다소 경사지게 설치한다(사진1의 E참고) 외부 배수로는 땅이 얼기전에 배수가 순조로울 정도로만 정비해 놓으면 날씨가 좀 추워지더라도 배수로가 얼어 붙지 않는다. 3. 수막 보온의 실제1) 수원의 확보수막 보온 재배에서 가장 중요한 것은 양질의 지하수 확보로 수온이 높고 수량(水量)이 많을 수록 좋다. 다행이도 우리나라는 제주도와 같은 일부 섬지방을 제외하고는 어디서나 손쉽게 지하수를 구할 수 있고, 한 겨울철의 수온(水溫) 역시 지역에 따라 다소 다르나 13∼18 o C로 조건이 비교적 좋은 편이다<표 6>. 그러나 수온이나, 수질(水質), 수량(水量)은 지역에 따라 다르므로 시설할 농장의 지하수 조건을 사전에 면밀히 검토할 필요가 있다. 수질(水質)은 소금기가 많거나 철분이 많아 피복한 자재를 쉽게 오염시키거나, 모래나 운모 조각 등이 많아 분수호수나 살수 노즐의 구멍을 자주 막는 물은 좋지 않다. 또한 수온이 7∼8oC정도로 지나치게 낮은 지하수는 수막재배의 수원으로 부적합하므로 가능한 피하는 것이 좋다. <표 6> 지역별 수온의 월별 평균값(지하 5m, 1951∼1980년 평균값, 단위:℃)
나. 동력의 선택 지하수를 양수하려면 동격이 필요하다. 동력은 사용이 쉽고, 비용이 저렴하며, 안정도가 높은 동시에 안정적 공급이 가능한 것을 선택하는 것이 중요하다. 아무리 사용이 편리하고 단가가 저렴하다 할지라도 자주 공급이 중단되면 사용이 불가능하다. 만약 정전이 되어 1∼2시간 정도만 살수가 중단되어도 작물은 치명적인 피해를 받게 되므로 동력의 안정적 공급이 무엇보다 중요하다. 최근 농촌 전화 사업이 상당히 진전되어 웬만한 곳이면 전기가 들어가므로 농용 전기를 사용하는 것이 여러모로 볼 때 편리한데 전기 시설이 안된 곳이라면 농용 유류의 세제 혜택으로 기름값이 비교적 낮으므로 경운기나 원동기의 사용도 한번 고려해 볼만하다. 동력으로 전기를 사용할 경우 살수량별 전기 소비량은 <표 7>과 같다. 살수량이 1a당 19.5 l 인 경우 하루에 5.6kw(1일 12시간 가동시)가 소비되고, 23.4 l 일 때는 7.1kw가 소비되는데, 관정의 깊이가 깊고 살수량이 증가하면 전력 소비량도 증가한다. 전기 설비는 반드시 전문가나 전기 공사 업자에게 의뢰하여 시설하는 것이 적정 용량을 결정할 수 있고 안전 사고를 예방 할 수 있다. 보통 1마력 모터를 사용할 경우 전선의 굵기는 2.0mm 2 정도로 하고 배관은 16mm로 가능하나 안전도를 높이려면 3.5mm 2 전선에 20mm전선관을 사용하는 것이 좋다. 또한 타이머를 설치하면 살수와 단수(斷水)시간을 자동으로 조절할 수 있다. <표 7> 살수량별 전기소비량
<사진5> 여과기의 설치 모습 (물에 모래, 운모가루 등 불순물이 많으면 반드시 여과기를 설치하여야 살수 호스의 구멍이 막히지 않음)
다. 양수기 및 여과기수막에 필요한 지하수를 퍼올리기 위해서는 양수기가 필요하다. 예를들어 1마력(735w)용 2인치(φ50mm) 양수기를 설치하면 양정 4m인 경우 시간당 양수량은 1만5천∼1만8천 l 로 1분당 2백50∼3백 l 가 된다. 3백평의 수막 하우스에 1분에 1백50∼1백60 l 를 살수한다고 알 때 약 5백∼6백평의 시설이 가능하다. 농가에서 양수기를 구입할 때는 관정의 깊이, 수량(水量), 하우스의 시설 면적과 살수량을 얼마로 할것인가를 결정한 뒤 용량에 알맞는 것을 선택하도록 한다. 시설면적에 비하여 용량이 부족하면 목적하는 성과를 얻기 어렵고, 용량이 지나치게 큰것 또한 낭비이므로 적정범위의 것을 선택하되, 정격 용량 보다 약 10%정도 여유가 있는 것이 좋다. 지하에서 양수한 물을 보면 깨끗한 물도 있지만 대부분이 모래나 여러가지 불순물이 들어 있어 분수 호스의 노즐 구멍을 자주 막거나 피복한 비닐을 오염시키는 경우가 생기므로 양수기와 하우스 각 동으로 나가는 지선 사이에 여과 장치를 하도록 한다. 여과기는 시중에서 판매되고 있는 것을 구입하여 설치하여도 되고 제작하여 사용하여도 된다. 라. 살수시간, 살수량살수시간은 지역에 따라 약간 다를 수 있으나 보통 해지기 30분∼1시간 전부터 다음날 해뜬후 30분∼1시간 전후로 하루 14∼15시간 살수한다. 그러나 구름이 많이 끼거나 눈이 내려 하우스내 온도가 올라가지 않을 때는 낮 동안에도 계속 살수를 하여야 하며, 온도가 높은 날은 살수시간을 다소 단축하는 등 적당히 조절한다. 살수량은 많을수록 좋으나 지하수로 한정된 자원이라는 점과 양수에 필요한 전력소모가 증가됨으로 이를 고려하여 결정하도록 한다. 살수량은 10a당 1분에 2백∼2백50 l 정도가 알맞은 것으로 생각되는데, 살수량이 너무 적으면 보온 효과가 떨어지므로 최소 1백20∼1백40l이상은 되어야만 한다. <표 8> 살수량에 따른 하우스내 평균 최저기온과 지온
마. 하우스의 환기 시설내의 온도와 습도가 지나치게 높아지는 것을 방지하고 작물 생육에 필요한 이산화탄소(CO 2 )의 공급을 원활히 하기 위해서는 적절한 환기가 필요하다. 수막하우스는 일반하우스에 비하여 야간 습도가 다소 높은데, 2중 구조인 관계로 환기가 다소 불편하다. 환기 방법으로는 반자동 측창 개폐장치에 의한 자연 환기와 환풍기에 의한 강제 환기법이 있는데 후자가 온도관리면에서나, 환기효율에서 볼 때 효과가 크다. 환풍기는 바람이 불어 오는 반대 방향에 환기팬을 설치하고 발람이 불어 오는 쪽에 흡입구를 설치한다. 이때 환기팬은 상부에 설치해야만이 환류가 생기지 않는다. 환기팬의 풍량은 팬의 크기에 따라 다른데, 날개의 지름이 80cm(0.4kw용)일때는 1분에 1백80m 3 의 공기를 배출시키고, 1백 20cm일때는 4백m 3 의 공기를 배출할 수 있다. 바. 정전 신호기와 대체전원겨울철의 시설원예는 1백일을 잘 하다가도 하루 저녁 온도관리를 잘못하면 농사를 완전히 망치게 된다. 만에 하나 정전이 되어 살수가 중단되면 큰일이므로 정전에 대비하여 정전 신호기를 설치하는 것이 좋다. 또 장시간 정전이 될 경우를 대비하여 대체전원이나 보조 가온수단을 강구해야 하는데, 사실 이것이 어려운 일이다. 겨울 동안에 한번 사용할지 안할지 모르는 것에 몇 십만원을 투자하기도 그렇고, 그렇다고 위험을 뻔히 알면서도 모른척 하기는 더욱 어려운 일이므로 농장의 주변 환경, 재배작형이나 작목 등을 고려하여 영농 설계시 이를 결정하도록 한다. 사. 양수기 관리양수기는 하우스 안에 설치하는 것이 바람직하나 부득이하여 옥외에 설치하였을 경우는 낮에도 기온이 영하로 내려가 양수기가 동파될 위험이 있으므로 반드시 아침에 스위치를 내림과 동시에 물을 빼놓도록 한다. 또 관정의 펌프물을 빼놓지 않으면 얼어 붙어 정작 야간에 살수하려고 스위치를 올리면 빈 모타만 돌고 살수가 안되는 경우도 있으므로 스위치를 넣은 다음 물이 제대로 살수되고 있나 하우스를 돌아 보아 확인한다. 5. 재배에의 적용수막시설에 의한 보온 효과를 기존의 다중피복과 비교해 보면, 기존 농가에서 많이 행하고 있는 외부 섬피피복은 보온효과가 5∼6 o C이고, 커어튼과 터널을 한 후 섬피를 피복할 경우의 보온효과는 9∼10 o C로 수막 보온의 14∼18 o C에 훨씬 미치지 못한다. 그러나 지하수를 이용한 수막 보온법이 여타의 보온 방법에 비하여 효과적이지만 모든 지역, 모든 작형에 포괄적으로 적용하기에는 다소 무리라고 생각되나 수막 보온법을 도입할 경우 각 지역의 무가온 관행 재배에 비하여 대략 20일 내지 1개월정도 전진 또는 연장재배가 가능하므로, 중부지방에서 문제가 되고 있는 억제재배의 작형의 후반기 보온 문제나, 중 . 남부지방의 촉성 . 반촉성재배시 초기 보온에 적용하면 큰 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 또한 서울근교에서는 내한성이 비교적 강한 기타 엽채류의 혹한기 재배작형의 도입도 한번 고려해 볼만하다. [참고문헌]
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